David Spence (chemie kaučuku) - David Spence (rubber chemistry)

David Spence
narozený(1881-09-26)26. září 1881
Udny, Skotsko
Zemřel24. září 1957(1957-09-24) (ve věku 75)
New York, New York
Státní občanstvíVelká Británie (1881-1906) Spojené státy (1906-1957)
Alma materUniverzita v Jeně (Ph.D., 1906)
OceněníMedaile Charlese Goodyeara (1941)
Vědecká kariéra
PoleChemie
InstituceDiamond Rubber, B.F. Goodrich, Norwalk Tire & Rubber, International Rubber Company
Teze (1906)

David Spence (26. září 1881 - 24. září 1957) byl jedním z průkopnických guma chemici.[1] Pomáhal válečnému úsilí během Druhá světová válka navržením nových způsobů extrakce přírodních kaučuků z rostlin a pracovalo na zlepšení zpracování gumy. V průběhu své kariéry pracoval na zdokonalení procesů barvení pryžových výrobků a vulkanizace kaučuku a na vývoji nových urychlovačů pro posílení méně kvalitního přírodního kaučuku. V roce 1941 se stal prvním příjemcem Medaile Charlese Goodyeara, uděluje Americká chemická společnost.[2]

Životopis

David byl synem reverenda Alexandra Spenceho (ministra skotské církve) a jeho manželky Agnes Spence rozené Barclayové (kteří se vzali v Scoonie dne 15. června 1876). Narodil se 26. září 1881 v 7:00 ráno v The Manse at Udny, Aberdeen County, Scotland. Byl „očkován podle osvědčení z 18. prosince 1881“.

Spence získal titul PhD Univerzita v Jeně v Německu v roce 1906. O tři roky později přijal místo ředitele výzkumné laboratoře společnosti Diamond Rubber Company v Akron, Ohio.[1]

Poté, co byl zakoupen společností Diamond Rubber, zůstal B.F. Goodrich v roce 1912.[3] Tam se mu podařilo syntetizovat isopren pro použití v syntetickém kaučuku. Ze společnosti odešel v roce 1914 a založil společnost Norwalk Tire & Rubber Company, kde byl viceprezidentem a manažerem až do roku 1925. V roce 1931 odešel do důchodu, poté pokračoval ve vlastním výzkumu gumy.

Během své kariéry byl zodpovědný za vývoj několika různých procesů: vyvinul urychlovače procesu vulkanizace; proces devulkanizace gumy; systém pro extrakci přírodního kaučuku guayule; a proces úpravy fyzikálních vlastností gumy. V průběhu první světová válka Spence vedl gumárenskou divizi Národní rady pro výzkum a byl konzultantem War Production Board v průběhu druhá světová válka. V roce 1941 se stal prvním držitelem medaile Charlese Goodyeara.[2] Zemřel 24. září 1957 v New Yorku.[4]

Vědecká kariéra

Para-aminodimethylanilin

Organické urychlovače

V prvních letech výroby gumy byl ze stromu získáván vysoce kvalitní přírodní kaučuk, Hevea braziliensis, nalezený v oblastech hraničících s řekou Amazonkou.[5] Vysoce kvalitní kaučuk vykazoval požadované vlastnosti, například vysokou pevnost v tahu (větší než 2800 psi) a dvě hodiny vulkanizace čas. Vulkanizace je proces, kterým je přírodní kaučuk posilován síťování různé polymerní řetězce, buď elementární síra můstky nebo jiné molekuly známé jako urychlovače. Vysoce kvalitní přírodní kaučuk však byl drahý a jeho cena přesahovala 1,50 USD za libru.[5] Diamantová pryž experimentovala s různými přísadami, jako je jodid rtuťnatý a anilin, ve snaze zlepšit vlastnosti gumy nižší kvality. Přidání pouze 2,5 až 6 procent těchto přísad zlepšilo pevnost v tahu nízko kvalitního kaučuku z 1 800 psi na 2 800 psi a zkrátilo dobu vulkanizace na 90 minut. Tyto přísady však byly škodlivé pro životnost gumy. V roce 1912 Spence pracoval s George Oenslager ve společnosti Diamond Rubber, abychom objevili různé přísady k překonání těchto nedostatků. Spence zjistil, že to byl Oenslagerův anilinový aditiv p-aminodimethylanilin byl mnohem lepší urychlovač, který vyžadoval pouze 0,5% hmotnostního přidaného do procesu vulkanizace, aby výrazně zlepšil pevnost v tahu gumy.[5] P-aminodimethylanilin byl přijat jako urychlovač volby společností Diamond Rubber Company v roce 1912.[6]

Tradiční vulkanizace závislá na síře s para-aminodimethylanilinem jako urychlovačem

Vývoj guayule jako gumové alternativy

Během druhé světové války trpěly spojenecké síly nedostatkem latexové gumy kvůli tomu, že Japonsko přerušilo přístup Ameriky na mayské plantáže kaučuku. Spence se spolu s dalšími spojeneckými vědci vyškrábal, aby zajistil další zdroj přírodního kaučuku. Latex odvozený z Parthenium argentatum, běžněji nazývané Guayule, byl ideálním kandidátem jako náhradní kaučuk kvůli vlastnostem vulkanizovaného kaučuku vyrobeného z Guayule, které byly podobné kaučuku vyrobenému z maylasovských kaučukových plantáží.[7] Latex z Guayule byl poprvé připraven v roce 1876 extrakcí latexu pomocí rozpouštědla aceton, a tento extrakční proces byl komerčně využíván společností Diamond Rubber Company až do 30. let 20. století.[7][8] Proces extrakce acetonem však byl příliš nákladný, aby uspokojil velkou poptávku po kaučuku způsobenou druhou světovou válkou, což vyvolalo tlak na vývoj konvenčnějších metod mechanického zpracování pro extrakci latexu.[7] Významnou výrobní výzvou při výrobě latexu z Guayule bylo to, že jak hmota extrahovaného latexu, tak pevnost v tahu latexu odpadly kvůli dlouhé době skladování mezi sklizní Guayule a jejím zpracováním.[7] Spence dostal za úkol vyřešit tento problém společností Intercontinental Rubber.

Guayule keř

Spence patentoval metodiky jak ke zlepšení kvality, tak výtěžku gumy vyrobené z Guayule konvenčními mechanickými technikami v roce 1933.[8] Při vyšetřování Spence zjistil, že sušení Guayule bylo zodpovědné za vysokou variabilitu jak výtěžku, tak kvality latexu.[8] Spence máčení procesy manipulace s keřem Guayule zvýšily jak uniformitu výnosu, tak kvalitu kaučuku extrahovaného z rostliny Guayule. Proces máčení zahrnoval namáčení rozdrcené rostliny Guayule v 1% roztoku para-dimethylfenylaminu, aby přirozeně se vyskytující bakterie a enzymy rozkládaly nežádoucí rostlinný materiál na vedlejší produkty rozpustné ve vodě a zabraňovaly oxidační ztrátě přírodního kaučuku rostliny. . Tyto vedlejší produkty pak mohly být během procesu mletí odplaveny.[8] Proces máčení zlepšil proces mletí a extrakce Guayule o více než šest procent a zlepšil pevnost v tahu z 1800-2000 psi na 2800 psi, což je pevnost v tahu srovnatelná s pevností gumových stromů.[8]

Syntetická výroba izoprenu

Syntetická cesta pro výrobu izoprenového monomeru z různých výchozích materiálů

Bohužel guma z továrny v Guayule neuspokojila americkou poptávku po gumě. Přestože Prezident Franklin D. Roosevelt nashromáždil zhruba 1 milion tun gumy, byla roční míra spotřeby v USA 600 tisíc tun gumy.[9] Proto bylo zapotřebí dalších zásob gumy, aby se zabránilo nedostatku gumy. To by představovalo vážnou zranitelnost amerického válečného stroje, protože guma byla používána k výrobě nejrůznějších válečných materiálů. Prezident Roosevelt pověřil americký gumárenský a ropný průmysl rychlým návrhem a implementací náhrad syntetického kaučuku, což vedlo k rychlému rozvoji obou těchto odvětví.[9] Chcete-li vyřešit nedostatek gumy, Spence a vědci z Dobrý rok, Firestone, Goodrich a New Jersey Standard se spojili na základě dohody o sdílení patentů.[9] Cílem projektu syntetického kaučuku bylo buď synteticky vyrobit izoprenový monomer, nebo kombinovat více monomerů za vzniku vhodné syntetické náhražky kaučuku. Spence společně s Dr. Alexanderem Clarkem poskytli způsob výroby syntetického izoprenu dehydratací 2,3-dimethylbut-l-en-3-olu a dalších alkoholů za použití ledové kyseliny octové.[10] Díky své účasti na syntéze izoprenového monomeru byl Spence prvním příjemcem Medaile Charlese Goodyeara.[2]

Vývoj nového procesu vulkanizace a barvení pro pryžové výrobky

Během práce ve společnosti Goodyear změnil Spence procesy vulkanizace a aplikace barevných barviv na gumu. Vulkanizace se tradičně prováděla na vzduchu pomocí síry a dalších urychlovačů.[11] Při pozorování devulkanizace Spence si všiml, že produkty rozkladu jsou závislé na obsahu kyslíku v systému a že bez kyslíku se guma nedokázala devulkanizovat. Na základě těchto pozorování vyvinul Spence kyslík, vulkanizace bez síry a urychlovače pomocí organických oxidačních činidel, jako jsou chinony nebo organické peroxidy. Spenceův vulkanizační proces vyžadoval umístění latexové směsi do pufrovaného roztoku o pH 7 a nanesení organického oxidačního činidla na směs v inertní atmosféře dusík.[11]

Anaerobní vulkanizace pomocí benzylperoxidu

Kromě přestavby vulkanizačního procesu vyvinul Spence metodu nanášení barviv na surový kaučuk.[12] Před Spenceovou metodou byla barviva aplikována během zpracování gumy. To se ukázalo jako příliš nákladné a bylo to omezeno tepelným rozkladem barviv.[12] Ponoření pryžových výrobků do adsorpční lázně s aminovým barvivem, hydrátem sodným, chloridem sodným a kyselinou sírovou umožnilo kovalentní vazbě barviv na kaučukovou matrici. Aminy v roztoku reagovaly s primárními aminy v kaučukové matrici za vzniku azobarviva na gumových vláknech. Bylo zjištěno, že tato metodika barvení kaučuku je použitelná na surové, vulkanizované a jiné vyráběné gumové výrobky.[12]

Reference

  1. ^ A b Shearer, Benjamin F. (2007). Home Front Heroes: Biografický slovník Američanů za války, díl 3. Greenwood Publishing Group. p. 935. ISBN  0313334234.
  2. ^ A b C „Syntetické centrum pozornosti na setkání s pryží“. Chemické a technické novinky. 26 (32): 2354–2355. 9. srpna 1948. doi:10.1021 / cen-v026n032.p2354.
  3. ^ „Historie Akron Ohio“ (PDF).
  4. ^ "NEKROLOG". Chemické a technické novinky. 35 (41): 142–144. 14. října 1957. doi:10.1021 / cen-v035n041.p142.
  5. ^ A b C Geer, W. C .; Bedford, C. W. (24. ledna 1925). „Historie organických urychlovačů v gumárenském průmyslu“. Průmyslová a inženýrská chemie. 17 (4): 393–396. doi:10.1021 / ie50184a021.
  6. ^ Oenslager, George (únor 1933). "Organické urychlovače". Průmyslová a inženýrská chemie. 25 (2): 232–237. doi:10.1021 / ie50278a031.
  7. ^ A b C d Spence, David (listopad 1925). "Chemie Guayule". Průmyslová a inženýrská chemie. 18 (1): 1125–1128. doi:10.1021 / ie50203a008.
  8. ^ A b C d E patent 1918671, David Spence, „Guma“ 
  9. ^ A b C Program USA pro syntetický kaučuk. Akron, Ohio: American Chemical Society Division of the History of Chemical and The Office of Communications. 29. srpna 1998.
  10. ^ patent 1161904, David Spence a Alexander Clark, „Proces výroby pryžových látek z alkoholů“ 
  11. ^ A b patent 2,265,324, David Spence, „Modifikovaná pryž“ 
  12. ^ A b C patent 1122653, David Spence, „Barvení pryže a pryžových výrobků“